컴퓨터의 발열 문제와

효율적인 냉각 시스템 구축


2011.07












1. 들어가며


컴퓨터 시스템을 구축할 때 가장 중요한 요소 중 하나는 바로 발열 문제를 해결하기 위한 냉각 시스템의 구축이다. 컴퓨터의 핵심 부품인 CPU, 그래픽카드, RAM, HDD, 파워 서플라이 등이 작동할 때 여러 원인에 의해 열이 발생하게 된다. 이 열을 식히는 냉각 시스템이 구축되지 않을 경우 컴퓨터의 성능에 문제가 발생할 뿐 아니라 여러 부품의 내구성이 떨어지고 심지어 컴퓨터가 아예 작동하지 않을 수 있기 때문이다.


이런 이유로 컴퓨터의 발전 방향에 있어서 발열 문제는 많은 영향을 미쳐왔다. 더 높은 성능을 구현할 수 있는 기술적인 기반이 있다 해도 실제 상황에서의 발열 문제가 해결되지 못하면 제품화가 불가능하기 때문에 컴퓨터의 발전은 단순히 성능 향상뿐만이 아니라 발열량을 줄이는 방향으로도 이루어졌다.


컴퓨터의 핵심 부품인 CPU와 그래픽카드, RAM의 경우 트랜지스터의 한 종류인 MOSFET으로 이루어져 있다. MOSFET 내부의 전자의 이동으로 연산이 이루어지는 것이다. 이 과정에서 열이 발생하게 되는데 MOSFET의 집적도가 높일수록 발열량을 줄일 수 있다. 때문에 CPU, 그래픽카드, RAM의 발전은 집적도를 높이는 방향으로 이루어졌다. CPU의 경우 집적도를 높이는 것에 한계에 부딪혀 코어의 수를 늘리는 방향으로 발전이 이루어지기도 했다.


HDD와 파워 서플라이 역시 컴퓨터에 반드시 필요한 부품이다. HDD의 경우는 다른 컴퓨터 부품들과 같이 전기적인 원리로 작동하는 것이 아니라 기계적인 원리로 작동하기 때문에 당연히 소비전력이 크고 발열량도 많다. 이는 전기적 원리로 작동해 발열이 적은 SSD의 사용이 많아지는 이유 중 하나이기도 하다. 그리고 파워 서플라이의 경우 전류의 변압 및 정류 과정에서 많은 열이 발생하게 된다.


컴퓨터의 발열을 근본적으로 해결할 수는 없기 때문에 효율적인 냉각 시스템의 구축이 필요하다. 현재 일반적인 개인용 컴퓨터, 즉 PC의 냉각은 팬을 이용해 케이스 외부의 찬 공기를 흡입해 내부 부품의 열을 빼앗고 다시 케이스 내부의 더운 공기를 배출하는 공랭 방식이 사용되고 있다. 일반적인 공랭 방식의 컴퓨터의 경우 발열량이 특히 많은 CPU, 그래픽 카드, 파워 서플라이 등에는 별도로 팬이 장착되어 있고 케이스에도 3개 내외의 팬이 장착되어 있다. 컴퓨터 케이스 냉각 팬의 배치에 따라 공기의 흡입량과 배출량이 다를 수 있고 케이스 내부에서의 흐름의 차이가 생기기 때문에 같은 수의 팬을 사용한다고 해도 실제 냉각 효과는 차이가 날 수 있다.


따라서 본 연구에서는 먼저 컴퓨터 시스템의 발열 요소 및 그 원인을 살펴본 후 컴퓨터 시스템의 케이스 내부 온도를 낮추는데 가장 효율적인 공기 흐름을 만들 수 있는  케이스의 구조 및 냉각팬 배치를 찾는 실험을 하였다.

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